Les scientifiques ont transformé le verre transparent en un matériau activé par la température qui peut bloquer la lumière du soleil et produire de l’électricité.

Vous avez probablement déjà vu des fenêtres conductrices qui peuvent vous protéger de la lumière du soleil en cliquant sur un bouton. Aujourd’hui, les chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory poussent ce concept en développant des fenêtres photovoltaïques intelligentes qui peuvent à la fois vous faire de l’ombre et produire de l’électricité. Éventuellement, ces vitres pourraient alimenter des bâtiments entiers et recharger complètement votre voiture électrique.

Les fenêtres de l’équipe sont recouvertes d’un liquide semi-conducteur composé d’un mélange de produits chimiques : césium, iodure de plomb, bromure et perovskites – un « minéral miracle » cristallin commun qui promet des cellules solaires potentiellement peu coûteuses qui ont déjà atteint un taux d’efficacité de 22,7 % dans les laboratoires. (À titre de comparaison, les cellules solaires à base de silicium disponibles dans le commerce peuvent produire une conversion de 19 %.)

Les chercheurs ont plongé une vitre en verre dans ce liquide, la faisant tourner rapidement pour obtenir une distribution uniforme sur toute sa surface. Ce verre enduit est transparent à environ 82 % lorsqu’il est à température ambiante, mais lorsqu’il est chauffé à 105 C, il devient orange foncé et transparent à environ 35 % en 30 secondes. Cela ressemble à d’autres revêtements conducteurs pour fenêtres, mais à ce stade, leur verre fait aussi quelque chose d’autre : convertir la lumière du soleil en électricité. Lorsque la température du verre redescend, il redevient transparent.

En parlant par courriel, Jia Lin, membre de l’équipe et boursière postdoctorale, explique que ces vitres pouvaient être facilement et économiquement produites en série pour les bureaux, les maisons, les voitures ou les avions – n’importe quel objet ou structure qui utilise du verre. Pour l’instant, le Dr. Letian Dou, professeur adjoint de génie chimique à l’Université Purdue et membre de l’équipe de recherche sur les fenêtres photovoltaïques, affirme que  » à court terme, ces fenêtres pourraient devenir une source d’énergie complémentaire « . À long terme, la technologie pourrait devenir beaucoup plus puissante – bien qu’elle soit confrontée à certains obstacles techniques.

La clé sera d’augmenter l’efficacité de conversion de la lumière du soleil des fenêtres. Avec une efficacité de 7 %, elles sont encore inférieures au minimum de 10 % que l’équipe dirigée par le professeur Peidong Yang estime adéquat à des fins commerciales. Dou dit qu’ils espèrent atteindre cette marque dans les 3 à 5 prochaines années. Et bien que ce taux soit encore inférieur à l’efficacité des cellules solaires ordinaires, l’obscurcissement « gratuit » du verre permet de réduire le besoin de climatisation dans les bâtiments et les voitures, réduisant ainsi la consommation d’énergie globale. Pour augmenter le débit d’énergie, ils pensent aussi à compléter leur matériau avec des cellules solaires supplémentaires superposées sur la fenêtre elle-même – une solution que Lin appelle « architecture tandem », qui « peut utiliser toute la gamme du spectre lumineux et ainsi nous rapprocher de la valeur la plus élevée actuelle, 22% ».

Ils sont également confrontés à un barrage de fabrication : la couleur. Pour l’instant, l’équipe de Yang peut faire tourner le verre à l’orange, au rouge et au brun, ce qui limite un peu la portée pour les designers. Lin dit que d’autres types de composites perovskite offrent plus de flexibilité en termes de couleur, tandis que Dou a fait remarquer qu’ils pensaient à « ajouter des colorants organiques comme deuxième absorbeur de lumière » aussi.

Mais le problème principal, à l’heure actuelle, est le seuil de température du verre, qu’ils s’efforcent de réduire à 50 C, la température typique du verre exposé à midi par temps ensoleillé. Idéalement, le matin, les fenêtres resteront transparentes, mais au fur et à mesure que la journée se réchauffe, elles s’assombriront et reviendront à la transparence plus tard dans la soirée.

Pour les architectes et les designers, le matériau est incroyablement prometteur.

Le verre pourrait réduire radicalement la consommation d’énergie des bâtiments et remodeler leurs caractéristiques thermiques intrinsèques.

Lin dit que les bâtiments intelligents seront en mesure de réguler la température grâce aux capacités d’ombrage du verre. Cela aura une incidence sur la conception et l’installation des systèmes de CVC et des systèmes de refroidissement et de chauffage passifs.

Lin souligne également que, dans les applications automobiles, « les grandes surfaces vitrées pourraient être transformées en cellules solaires pendant le stationnement, ce qui permettrait de recharger les batteries tout en gardant l’intérieur de la voiture au frais ». Le verre pourrait recharger les batteries au fur et à mesure que les véhicules se déplacent, ce qui réduirait peut-être la taille nécessaire des batteries et abaisserait le poids des véhicules.

À quelle distance sommes-nous de voir ce matériau de rêve dans nos bureaux ou pour le stationnement ? Lin ne met pas de date dessus, mais dit que même s’ils doivent encore « optimiser l’efficacité, la température de transition, la voie de commutation,[et] les couleurs, puisque ce domaine évolue rapidement, la technique pourrait être prête pour une mise en œuvre commerciale dans un avenir proche« . Dans un avenir proche, peut-être, mais pas assez proche.

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